Qu'est-ce que la tôle ?
La tôle nous entoure dans les bâtiments, les véhicules, les appareils électroménagers, etc. Mais qu'entend-on exactement par ce produit métallique fin et polyvalent ? La tôle désigne le métal formé en feuilles très fines et en pièces plates.
La production de tôles comprend des entreprises utilisant des procédés industriels. Par exemple, le laminage et l'étirage, où une plaque passe par une série de presses à rouleaux polis. Les types de tôles comprennent l'acier, l'aluminium, le cuivre, l'étain, le titane et les alliages.
Comment fabrique-t-on la tôle d'acier ?
La tôle d'acier subit un processus industriel complet pour atteindre une finesse et une flexibilité utilisables. Les fabricants commencent par chauffer d'épaisses plaques d'acier à plus de 1700°F dans d'énormes fours. Des rouleaux automatiques font ensuite passer l'acier chaud dans une série de bancs d'ébauche. Chacun d'entre eux est plus fin que le précédent.
Étirées en fines bandes, les tôles d'acier passent par des postes de finition supplémentaires. Cela se produit avec des rouleaux polis qui réduisent l'épaisseur tout en lissant les surfaces. Les taux de réduction permettent d'étirer plus de 90% en plusieurs passes.
Enfin, des jets d'eau ou d'huile trempent les tôles pour en renforcer la résistance. Enfin, des bobineuses automatisées enroulent les tôles en rouleaux pour faciliter la manutention et le transport. La tôle d'acier flexible enroulée est transformée en voitures, en appareils électroménagers, en meubles et en matériaux de construction.
Le monde de la tôlerie
Les techniques de fabrication de la tôle font appel à divers procédés. Ils permettent notamment de transformer la tôle en produits finis. Les matériaux utilisés pour la fabrication des tôles sont l'acier, l'acier inoxydable, l'aluminium, le zinc et le cuivre. Ils sont disponibles dans des épaisseurs comprises entre 0,006 et 0,25 pouce.
Les techniques de fabrication de tôles offrent de nombreux avantages lors de la création de composants creux ou plats. Elles s'avèrent plus rentables que d'autres procédés tels que le moulage et l'usinage CNC. La fabrication rapide permet également de produire des pièces plus rapidement que les autres procédés, tout en minimisant le gaspillage de matériaux.
Les industries qui font appel à la fabrication de tôles sont très diverses. Il s'agit notamment de l'automobile, de l'aérospatiale, de la construction et de l'électroménager. Les produits comprennent les carrosseries de véhicules, les ailes d'avion, les conduits et les tambours de lavage.
Procédés de formage de la tôle
Les procédés de formage de la tôle consistent à enlever des matériaux spécifiques pour produire des formes particulières. Il s'agit d'une technique de fabrication soustractive. Ils sont analogues aux procédés de fraisage et de formage de tôles à commande numérique. Il s'agit de découper l'excédent de matière d'une pièce brute.
Le découpage de la tôle permet de préparer des pièces brutes façonnées pour des opérations de formage telles que le pliage ou l'emboutissage. Cela permet de respecter des tolérances dimensionnelles exactes, essentielles à un assemblage correct. Les procédés courants de découpage de la tôle sont les suivants
1. Découpe au laser
La découpe au laser utilise un faisceau laser de grande puissance assisté par une commande numérique. Elle incise la tôle avec une précision et une efficacité impressionnantes. La découpe laser convient parfaitement au découpage rapide de tôles de 0,5 à 1,5 mm d'épaisseur.
Les rayons parallèles de la lumière laser entrent en contact avec une petite surface de tôle. Ils la chauffent jusqu'au point de fusion, ce qui permet de découper d'étroites rainures sur toute la profondeur du matériau. La découpe au laser évite également un transfert de chaleur excessif aux zones environnantes. Cela permet d'éviter les déformations et d'obtenir des formes précises impossibles à réaliser par simple abrasion mécanique. Cliquez pour voir les différents types de MIHARMLE machines de découpe laser.
2. Découpe au jet d'eau
Il s'agit d'une alternative à l'énergie laser. Elle utilise des jets d'eau à haute pression ou des fluides abrasifs pour découper les tôles. Les jets d'eau offrent des avantages décisifs pour la découpe des tôles dont le point de fusion est plus bas. Sinon, elles se déformeraient sous l'effet de la chaleur intense des procédés plasma ou laser.
Le courant d'eau étroit à grande vitesse coupe par érosion mécanique. Les fabricants mélangent souvent le courant avec des particules abrasives dures telles que des grains de carbure de silicium.
La découpe au jet d'eau s'avère particulièrement utile pour la découpe de métaux plus doux comme l'aluminium. Elle présente également des avantages pour les matériaux composites, la pierre, le verre et les matériaux réfractaires. Outre l'absence de dommages causés par la chaleur, la découpe au jet d'eau ne produit pas non plus de fumées ou d'émanations toxiques.
3. Découpe au plasma
Le découpage au plasma consiste à faire passer un courant électrique puissant à travers un milieu conducteur. Il peut s'agir d'air comprimé ou de gaz inertes pour former un faisceau de plasma énergisé. L'arc de plasma concentré fait fondre et déplace la tôle. Il permet à ce procédé de découpe thermique de trancher la tôle avec facilité.
Les torches plasma portatives rationalisées utilisent des compresseurs d'air intégrés. Les systèmes plasma CNC de plus grande taille offrent quant à eux une commande multiaxiale automatisée. Bien que plus rapide, la découpe au plasma CNC n'a pas la précision ultrafine des lasers. Elle permet néanmoins d'atteindre une précision suffisante pour diverses applications. L'intensité des faisceaux de plasma garantit des zones de coupe étroites affectées par la chaleur, ce qui minimise les déformations. Cependant, la chaleur laisse des bords plus rugueux que les procédés au laser ou au jet d'eau.
Les procédés courants de découpage de la tôle sont les suivants :
- Poinçonnage - Les poinçonneurs créent des trous nets. Ils sont utilisés pour les fixations, le câblage ou la ventilation à l'aide de jeux de poinçons et de matrices interchangeables. Les poinçonneuses à tourelle CNC automatisent le poinçonnage des trous. Tous les produits Machines de presse à commande numérique MIHARMLE.
- Découpage - Les opérations de découpage consistent à découper des sections de tôle internes. Elles créent un contour extérieur sous la forme d'une ébauche intermédiaire pour le formage ou d'une pièce découpée finie.
- Perçage - Il s'agit de découper des formes extérieures personnalisées dans de la tôle.
Lancement - Découpe les formes intérieures mais laisse les languettes connectées. Il permet d'enlever complètement le matériau. - Perforation - Utilise des rangées de poinçons pour créer de nombreux trous espacés le long de la tôle.
- Grignotage - Utilise un poinçon et une matrice pour grignoter de petites coupes incrémentielles. Forme des courbes douces, des cercles et des formes irrégulières. Il n'est pas possible de travailler avec des outils de découpage ou de perçage plus grands.
- Façonnage - Les outils de façonnage, tels que les mèches de toupie, façonnent les bords des tôles. Il peut également se présenter sous la forme d'une abrasion progressive plutôt que d'un cisaillement d'un seul coup.
Processus de déformation de la tôle
Le processus de fabrication de la tôle fait également appel à des techniques de déformation importantes. Il s'agit notamment de procédés tels que le pliage, l'étirement, l'emboutissage et d'autres formes de remodelage des ébauches de tôle.
La déformation permet d'obtenir des formes complexes impossibles à réaliser par la seule découpe. Elle permet également de minimiser les déchets par rapport au volume du matériau. Les procédés de déformation de la tôle comprennent
1. Formage à l'aide d'une presse plieuse
Il s'agit de la technique de pliage de tôle la plus répandue. Elle s'appuie sur de lourdes presses plieuses pour former des courbes angulaires précises dans des tôles d'une épaisseur maximale de 0,25 pouce. Un banc de machine de formage plus grand et un vérin vertical imposant abritent un poinçon en forme de V. Des opérateurs ou des robots introduisent les tôles dans le frein. Des opérateurs ou des robots introduisent les tôles dans le frein.
Le vérin applique alors une force concentrée pour presser l'outil de poinçonnage contre le métal. Il crée une forme en V très nette en s'étirant plus profondément dans la cavité de la matrice située en dessous. Les angles de pliage courants atteignent jusqu'à 120 degrés. Mais les ourlets complexes en deux étapes peuvent approcher les 180 degrés avec une force de tonnage suffisante. Voir tous les MIHARMLE machine de presse plieuse.
2. Hydroformage
Comme les presses plieuses, mais en s'appuyant sur la pression des fluides. L'hydroformage prend en sandwich des pièces de tôle avec un liant d'étanchéité collé le long des bords. Un fluide hydraulique à haute pression pénètre dans la cavité. Il presse le métal contre la surface de la matrice qui l'entoure.
Le métal est ainsi étiré. Souvent recuit pour une malléabilité optimale dans la forme souhaitée sans contrainte de flexion concentrée. L'hydroformage permet d'obtenir des formes concaves et convexes lisses. Il n'y a pas d'amincissement disproportionné du matériau inhérent à d'autres procédés, ce qui maximise l'intégrité structurelle.
3. Formage par étirement
Le formage par étirement tire les tôles brutes au-delà de la limite d'élasticité. Il se produit sur une seule face de la matrice pour induire un allongement et un amincissement permanents. Les pièces à usiner sont fixées sur des cadres ou des anneaux pour permettre au matériau de s'écouler dans la matrice sans être endommagé.
Les constructeurs d'avions étirent souvent de grandes sections de fuselage et de revêtement d'aile en aluminium. L'entreprise découpe des pièces brutes dans des cadres massifs et les étire sur de longues matrices unilatérales.
4. L'essorage
Le filage constitue une autre solution pour étirer la tôle. Mais il utilise la rotation plutôt que la tension longitudinale. Les pièces tournent à grande vitesse sur le mandrin d'un tour. Des rouleaux de pression s'appuient sur l'extérieur des pièces. Les forces centrales resserrent la pièce brute en rotation, tandis que les rouleaux la compriment.
La filature excelle dans les pièces symétriques sans soudure, mais aussi dans les formes elliptiques tournantes. Il offre une uniformité et une répétabilité excellentes avec une faible variation d'épaisseur.
5. Presses d'estampage
Les presses d'emboutissage utilisent des presses à fort tonnage. Elles frappent les flans de tôle entre des matrices de formage supérieures et inférieures personnalisées. Les deux matrices sont montées sur des plateaux de presse opposés. Elle réalise également diverses techniques d'usinage de la tôle, notamment :
- Emboutissage - Il transforme les ébauches plates en coupes concaves, en tubes et en composants complexes à plusieurs niveaux. Il presse la tôle à travers des séquences de matrices progressives. Chaque niveau est plus profond que le précédent.
- Gaufrage - Forme des motifs décoratifs en relief dans la tôle. Utilisé pour des motifs décoratifs ou pour augmenter la rigidité.
- Monnaie - Presses à monnaie renforçant les modèles d'impression. Comprend le pressage de logos, d'étiquettes et de numéros d'identification dans le métal.
- Brides - Les brides plient les bords de la tôle perpendiculairement pour renforcer les joints et simplifier le montage.
- Ourlet - L'ourlet enroule les bords à 180 degrés pour une fermeture arrondie en toute sécurité.
- Dimensionnement - Un dimensionnement plus poussé permet d'obtenir des dimensions uniformes et précises.
Découpage et perçage - Suivre la formation initiale pour obtenir des bords coupés finis.
Procédés d'assemblage de la tôle
Les procédés de tôlerie précédents se concentrent sur le façonnage de composants individuels en tôle. En particulier à partir de matériaux bruts. Cependant, les assemblages complets de tôles nécessitent diverses méthodes. Il s'agit de les assembler pour former des mécanismes complexes, des boîtiers ou des assemblages structurels. Les procédés de tôlerie permettant de combiner les tôles sont les suivants :
Fixations mécaniques
L'approche la plus simple pour relier les tôles consiste à utiliser des attaches mécaniques. Il s'agit des rivets, des boulons et des vis. Elles permettent d'empiler deux ou plusieurs tôles avec une fixation insérée à travers toutes les couches.
Soudage
Le soudage permet d'obtenir les assemblages les plus solides en faisant fondre et fusionner les bords des tôles qui se chevauchent. Il permet une liaison intermoléculaire lorsque la tôle en fusion se solidifie. Le soudage à l'arc fait passer un courant électrique intense. Il traverse une électrode consommable placée près du joint. Il forme alors un plasma d'arc soutenu. Il génère suffisamment de chaleur pour faire fondre à la fois l'électrode et les feuilles de métal en vue de la coalescence.
Brasage et soudure
Le brasage permet d'obtenir des liaisons laminées robustes sans atteindre les températures de fusion maximales. Il s'agit de composants qui nécessitent une résistance mécanique mais qui sont intermittents. Le brasage permet de combler les écarts entre des pièces proches les unes des autres. Il fait fondre un alliage séparé dont le point de fusion est inférieur à celui des deux métaux de base.
Le brasage utilise des concepts similaires. Elle utilise des charges à basse température, souvent composées d'étain. Il se combine ensuite avec du plomb, de l'argent ou du cuivre. Elle est ensuite utilisée pour relier les fils électriques aux bornes sans les endommager par la chaleur.
Conclusion
La technologie de fabrication de la tôle permet un large éventail de procédés de fabrication. Elle a un impact sur la vie quotidienne à travers les bâtiments, les véhicules, les appareils et les dispositifs qui nous entourent. Divers procédés de tôlerie permettent aux entreprises et aux inventeurs de fabriquer des pièces de tôlerie spécialisées. Répondre aux exigences de n'importe quelle application suppose une production en grande quantité.